Como o Telescópio Espacial Romano da NASA fará o Universo retroceder

Nesta vista lateral do universo simulado, cada ponto representa uma galáxia cujo tamanho e brilho correspondem à sua massa. Slides de diferentes épocas mostram como os romanos viam o universo ao longo da história cósmica. Os astrônomos usarão essas observações para entender como a evolução cósmica levou à estrutura semelhante a uma teia que vemos hoje. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Jovem

Nova simulação mostra como[{” attribute=””>NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope will turn back the cosmic clock, unveiling the evolving universe in ways that have never been possible before when it launches by May 2027. With its ability to rapidly image enormous swaths of space, Roman will help us understand how the universe transformed from a primordial sea of charged particles to the intricate network of vast cosmic structures we see today.

“The Hubble and James Webb Space Telescopes are optimized for studying astronomical objects in-depth and up close, so they’re like looking at the universe through pinholes,” said Aaron Yung, a postdoctoral fellow at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, who led the study. “To solve cosmic mysteries on the biggest scales, we need a space telescope that can provide a far larger view. That’s exactly what Roman is designed to do.”

Combining Roman’s large view with Hubble’s broader wavelength coverage and Webb’s more detailed observations will offer a more comprehensive view of the universe.

Nesta visão simulada do universo profundo, cada ponto representa uma galáxia. Os três pequenos quadrados mostram o campo de visão do Hubble, cada um revelando uma região diferente do universo artificial. Roman será capaz de escanear rapidamente uma área tão grande quanto toda a imagem ampliada, o que nos dará um vislumbre das maiores estruturas do universo. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Jovem

A simulação cobre uma faixa do céu com dois graus quadrados de tamanho, que é cerca de 10 vezes o tamanho aparente da lua cheia, que contém mais de 5 milhões de galáxias. É baseado em um modelo de formação de galáxias bem testado e representa nossa compreensão atual de como o universo funciona. Usando tecnologia altamente eficiente, a equipe pode simular dezenas de milhões de galáxias em menos de um dia – algo que levaria anos usando métodos convencionais. Quando o Roman é lançado e começa a fornecer dados reais, os cientistas podem compará-los a um conjunto dessas simulações e colocar seus modelos no teste final. Isso ajudará a revelar a física da formação de galáxias, matéria escura – uma substância misteriosa observada apenas por efeitos gravitacionais – e muito mais.

Um artigo descrevendo os resultados foi publicado em Avisos Mensais da Royal Astronomical Society em dezembro de 2022.

Rede cósmica descoberta

Galáxias e aglomerados de galáxias brilham em aglomerados ao longo de filamentos invisíveis de matéria escura em uma tapeçaria do tamanho do universo visível. Com uma visão bastante ampla dessa tapeçaria, podemos ver que a estrutura em larga escala do universo é como uma teia, com filamentos abrangendo centenas de milhões de anos-luz. As galáxias são encontradas principalmente nas interseções dos filamentos, com vastos “vazios cósmicos” entre todos os filamentos brilhantes.

É assim que o universo se parece agora. Mas se pudéssemos fazer o universo voltar no tempo, veríamos algo completamente diferente.

Esta imagem, que contém milhões de galáxias simuladas espalhadas pelo espaço e tempo, mostra regiões que Hubble (branco) e Roman (amarelo) podem capturar em uma única foto. O Hubble levaria cerca de 85 anos para mapear toda a região mostrada na imagem na mesma profundidade, mas Roman poderia fazer isso em apenas 63 dias. A maior visão de Roman e as rápidas velocidades de digitalização revelarão o universo em evolução de maneiras nunca antes possíveis. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Jovem

Em vez de estrelas gigantes brilhantes espalhadas por galáxias a distâncias maiores, estaríamos imersos em um mar de[{” attribute=””>plasma (charged particles). This primordial soup was almost completely uniform, but thankfully for us, there were tiny knots. Since those clumps were slightly denser than their surroundings, they had slightly larger gravitational pull.

Over hundreds of millions of years, the clumps drew in more and more material. They grew large enough to form stars, which were gravitationally drawn toward the dark matter that forms the invisible backbone of the universe. Galaxies were born and continued to evolve, and eventually, planetary systems like our own emerged.

Nesta vista lateral do universo simulado, cada ponto representa uma galáxia cujo tamanho e brilho correspondem à sua massa. Slides de diferentes épocas mostram como os romanos viam o universo ao longo da história cósmica. Os astrônomos usarão essas observações para entender como a evolução cósmica levou à estrutura semelhante a uma teia que vemos hoje. Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA e A. Jovem

A visão panorâmica de Roman nos ajudará a ver como era o universo em diferentes fases e a preencher muitas lacunas em nossa compreensão. Por exemplo, embora os astrônomos tenham detectado “halos” de matéria escura que cercam as galáxias, eles não têm certeza de como eles se formam. Ao ver como as lentes gravitacionais causadas pela matéria escura distorcem a aparência de objetos distantes, Roman nos ajudará a ver como os halos evoluíram ao longo do tempo cósmico.

“Simulações como esta serão cruciais para conectar levantamentos de galáxias sem precedentes desde os tempos romanos até o andaime invisível de matéria escura que define a distribuição dessas galáxias”, disse Sangeeta Malhotra, astrofísico de Goddard e um dos autores do artigo.

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Estudar essas vastas estruturas cósmicas com outros telescópios espaciais não é prático porque pode levar centenas de anos de observações para reunir imagens suficientes para vê-las.

“Roman terá a capacidade única de igualar a profundidade do Hubble Ultra Deep Field, mas cobre muitas vezes mais área do céu do que pesquisas amplas como Scan Candlesjovem disse. “Esta visão completa do universo primitivo nos ajudará a entender como os instantâneos do Hubble e do Webb são representativos de como era na época.”

O Roman Wide View também servirá como um roteiro que o Hubble e o Webb podem usar para ampliar as áreas de interesse.

O Telescópio Espacial Romeno é um observatório da NASA projetado para descobrir os mistérios da energia escura e da matéria escura, procurar e exoplanetas de imagem e explorar muitos tópicos em astrofísica infravermelha. Crédito: NASA

As pesquisas abrangentes do céu de Roman serão capazes de mapear o universo mil vezes mais rápido do que o telescópio Hubble. Isso seria possível devido à estrutura rígida do observatório, alta velocidade de rotação e grande campo de visão do telescópio. Os romanos passarão rapidamente de um objetivo cósmico para outro. Depois que um novo alvo é obtido, as vibrações se estabilizam rapidamente porque estruturas potencialmente oscilantes, como painéis solares, são mantidas no lugar.

“Roman fará cerca de 100.000 imagens por ano”, disse Jeffrey Crook, astrofísico de Goddard. “Dado o campo de visão maior de Roman, levaria mais tempo do que nossas vidas para telescópios poderosos como Hubble ou Webb cobrirem tanto do céu”.

Ao fornecer uma visão clara e gigante dos ecossistemas cósmicos e colaborar com observatórios como Hubble e Webb, Roman nos ajudará a resolver alguns dos mistérios mais profundos da astrofísica.

Referência: “Semi-Analytic Predictions of Roman – Beginning of a New Era of Deep Surveys of Galaxies” por LY Aaron Yung, Rachel S Somerville, Steven L Finkelstein, Peter Behroozi, Romeel Davé, Henry C Ferguson, Jonathan P Gardner, Gergo Popping , Sangeeta Malhotra, Casey Babovich, James E. Rhodes, Michaela P. Bagley, Michaela Hirschman e Anton M Cockeymore, 8 de dezembro de 2020, disponível aqui. Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3595

No Goddard Space Flight Center da NASA, ele supervisiona o Nancy Grace Roman Space Telescope em colaboração com o Jet Propulsion Laboratory da NASA e o Caltech/IPAC no sul da Califórnia, bem como o Space Telescope Science Institute em Baltimore. Uma equipe diversificada de cientistas de várias instituições de pesquisa forma o núcleo da equipe científica do projeto. O projeto é apoiado por grandes parceiros da indústria, incluindo Ball Aerospace and Technologies de Boulder, Colorado, L3Harris Technologies de Melbourne, Flórida, e Teledyne Scientific & Imaging de Thousand Oaks, Califórnia.